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Numerical analysis of composite steel-concrete columns of arbitrary cross section.
(2005) Sousa Junior, João Batista Marques de; Caldas, Rodrigo Barreto
This paper presents a numerical formulation for the nonlinear analysis of slender steel-concrete composite columns of generic cross-sectional shape, subjected to axial force and biaxial bending. The cross section is defined in terms of a number of closed polygonal loops of a specific material, each one with its own stress-strain relation, with reinforcement bars embedded in the polygons. The material and geometrically nonlinear equlibrium problem is solved by the finite element method, with displacement-based stress resultant beamcolumn elements. The proposed scheme turns possible, with a unified treatment, to perform analyses of concrete-filled steel tubes, fully or partially encased steel profiles, or less usual cross sections present on composite construction. The robustness and accuracy of the formulation is verified against numerical and experimental results available in the literature.
A numerical model for concrete slabs under fire conditions.
(2013) Caldas, Rodrigo Barreto; Fakury, Ricardo Hallal; Sousa Junior, João Batista Marques de; Pitanqueira, Roque Luiz da Silva
A numerical model for the behavior of concrete slabs in a fire is described. This model consists of a shell finite element, a damage constitutive model for concrete with steel reinforcement and the consideration of heat transfer through the thickness of the slab. An improved damage constitutive model for concrete at elevated temperatures has been implemented considering compressive and tensile behavior through an orthotropic compliance theory. The damage in compression is based on the concrete stress–strain relationships presented by the European Committee for Standardization. Several calculations have been performed to validate the improved model. The comparison with experimental tests and numerical results confirm the validity of the approach for reinforced concrete slabs subjected to large transverse displacement.
Análise numérica de pilares mistos aço-concreto.
(2004) Caldas, Rodrigo Barreto; Sousa Junior, João Batista Marques de
Recentemente, aplicações práticas e pesquisas numéricas e experimentais em estruturas mistas têm crescido grandemente em todo o mundo. Atualmente a norma brasileira voltada para o dimensionamento de estruturas de aço encontra-se em processo de revisão apresentando em seu escopo uma preocupação relevante em relação aos elementos mistos. Em geral, os procedimentos de norma são baseados em hipóteses simplificadoras, o que justifica a necessidade de mais pesquisas sobre a análise desses elementos. O propósito deste trabalho é o desenvolvimento e implementação de procedimentos numéricos voltados para análise de pilares mistos. Primeiramente, um modelo para análise do comportamento de seções arbitrárias é desenvolvido. O modelo permite a consideração de seções genéricas incluindo os pilares mistos mais usuais, como, pilares de seção I envolvidos com concreto e tubulares preenchidos com concreto. Relações momento-curvatura são obtidas, assim como superfícies de interação. Os resultados são validados a partir de dados encontrados na literatura. Em uma segunda etapa, um modelo numérico voltado para a simulação do comportamento de pilares esbeltos com seções genéricas, sujeitos a carregamentos estáticos, é desenvolvido e implementado. O esquema numérico baseia-se em uma formulação de deslocamentos do Método dos Elementos Finitos, sendo capaz de avaliar as não-linearidades física e geométrica. Elementos de barra unidimensionais são utilizados. Vários resultados numéricos e experimentais são utilizados em comparações para a verificação da eficácia do procedimento proposto. Ao final, outros procedimentos numéricos são utilizados para simulação de pórticos e estruturas mistas com o objetivode comprovar a generalidade da formulação.
Finite element implementation for the analysis of 3D steel and composite frames subjected to fire.
(2014) Caldas, Rodrigo Barreto; Fakury, Ricardo Hallal; Sousa Junior, João Batista Marques de
This paper presents a finite element formulation for the numerical analysis of three-dimensional framed steel, reinforced concrete or composite steel and concrete structures subjected to fire. Several specialized and commercial programs may be used for the analysis of structures in fire condition. Within this context, the purpose of this work is to present the steps taken to extend a previously developed static analysis procedure with beam elements in order to cope with the thermal and structural analysis of structures under fire action. Physical nonlinearity and material propertydegradation considering the temperature distribution are taken into account at the cross section level, which is divided into quadrilateral or triangular finite elements. Thermal strains are considered through the effective strain concept, and the resulting nonlinear system of equations is solved by the Newton-Raphson scheme. The accuracy and capability of the formulation to simulate the behavior of framed structures under fire action are assessed through comparison with various numerical and experimental results.

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